NON-FERROUS METALS RECYCLING AND UTILIZATION,2005-12
11
Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｉｄｇｅｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｓｍｅｌｔｉｎｇ
Ｋｅｊｉ Ｙａｎｄｉ 科技园地
皮江法炼镁工艺
北京有金属研究总院
有金属材料制备加工国家重点实验室
谢水生
１９４１年，皮江先生(Lloyd M. Pidgeon)研究开发了炼镁工艺（一种硅热还原法），从此开始了金属镁的工业化生产。皮江法炼镁工艺具有设备简单、技术要求不高、投资小、规模可大可小、成本较低的特 点，因此在我国发展很快。但是，目前皮江法炼镁工艺的缺点是能耗高，污染严重，劳动强度高。随着人们对环境保护的进一步重视，皮江法炼镁将受到严峻的挑战。本文将着重探讨皮江炼镁技术的提升途径，使之符合清洁生产的要求。一、我国皮江法炼镁的发展必须符合循环经济的要求
１． 发展循环经济的要求发展循环经济型社会要求在充分利用资源、优化利用能源和保护环境的前提下，实现效率和利润的最大化。循环经济的支撑技术体系由替代技术、减量技术、再利用技术、再资源化技术、系统优化技术和共生链接技术构成。 替代技术，即在通过开发和使用新能源、新材料、新产品、新工艺，替代原来所用资源、材料、产品和工艺，以提高资源利用效率，减轻生产和消费过程中对环境的压力的技术。减量技术，即在选用较少的物质和能源消耗的工艺路线来达到既定生产目的，在源头节约资源和减少污染的技术。再利用技术，即在延长原料或产品的使用周期，通过多次反复使用，减少资源消耗的技术。再资源化技术，旨在将生产或消费过程中产生的废弃物再次变成有用的资源或产品的技术。系统优化技术，主要从系统工程的原理出发，通过资源、能源工业代谢分析，实现区域物质流、能量流、资金流的优化配置。共生链接技术，是指在构建产品组合、产业组合，实现产业 链延伸和产业共生时所需要开发的链接技术。
２． 皮江法炼镁的发展现状目前，国内外炼镁技术主要有电解法和外热式硅热还原法。后者即皮江
法，使用的原材料是白云石矿和还原剂硅铁，加热使用的燃料主要是原煤。皮江法炼镁工艺简单，生产设备所需固定投资少，可吸收较多的社会劳动力，特别适合我国国情。我国是白云石的资源大国，储量居世界首位，开采年限可达千年以上，为皮江法炼镁的可持续发展创造了良好的资源条件。由于皮江法生产金属镁有很强的市场竞争力，所以中国的炼镁产业中９９％以上采用皮江法。
由于皮江法炼镁的推广普及，我国迅速成为世界原镁生产大国，原镁产量由１９９０年的０．５３万吨猛增到２００４年的４５万吨，１５年间年均增长率为３７．４％。使我国皮江法炼镁产业进入了高速发展的时期。
但是，也应该清醒地看到，皮江法生产金属镁的原理和方法自上世纪发明以来，很少有人从工业化系统工程的角度对其大规模产业化后产生的问题和解决方案进行过深入、认真的基础性研究，
工艺、技术和装备的提升尽管自本世纪初在我国开始受到重视，并在许多方面有所改进，但还没有形成全面的产业升级换代。从而，我国皮江法炼镁目前的快速发展仍然没有摆脱“大量生产、大量消费、大量废弃”的传统增长模式。这种模式，不仅污染环境，同时，能源利用效率低、资源产出率低、资源综合利用水平低。实践证明，“三低”现象已经成为原镁生产企业降低生产成本、提高经济效益和市场竞争力的重要障碍。大力发展循环经济，提高能源和资源的利用率，增强国际竞争力，已经成为皮江法炼镁产业面临的一项重要而紧迫的任务。因此，我国皮江法炼镁的发展必须符合循环经济的要求，否则其市场生命力将受到严重的影响。
二、发展循环经济对目前皮江法炼镁提出的挑战
按照发展循环经济的要求，我国皮江法炼镁产业存在三个主要问题
能源和资源消耗高 每吨原镁生产耗煤１０吨以上，平均热能综合利用率小于１０％。此外，资源消耗也大，每吨原镁生产需１０吨白云石和１吨硅铁。
12科技园地 Ｋｅｊｉ Ｙｕａｎｄｉ
环境污染严重 目前的主要
污染有燃煤炉的黑烟、废渣及大
量粉尘无序排放。黑烟中有大量
二氧化硫和其他有害气体。
技术水平落后 ６０多年来，
在工艺、技术和装备上没有质的
变化，手工作业，工人劳动强度
大，劳动环境差。
三、提升皮江法炼镁产业的
途径和措施
１． 应用经济型清洁能源，
提高能源利用率
清洁能源的种类很多，如天然
气、煤气、焦炉煤气、瓦斯气或水
煤浆等，每一种能源都有它的应
用范围和特点。
天然气和煤气是最好的清洁
能源，但是目前价格昂贵，只有在
特定的条件下，如在天然气产地
才具有竞争力。焦炉煤气和瓦斯
气是经济型清洁能源，它们的应
用受到外部条件的约束，如焦炉
煤气的应用必须在焦炭生产企业
附近，同时使用量还要与焦炭生
产企业的生产计划配套才行。
水煤浆是比较理想的经济型
清洁能源。它能独立形成体系，但
应用企业要具有一定的规模，如
应用于年产１万吨以上的原镁生
产企业。水煤浆可使煤充分燃烧，
燃烧效率达到９９％以上，废渣基
本为泥土，大大的提高了能源利
用率。水煤浆的应用大大降低了
烟尘的有害物质含量，降低排放，
烟尘排放可达到格林曼黑度０级，
符合国家环保要求能达到环保排
放标准。同时，水煤浆的火焰可控
性强，能灵活地调节燃烧温度，有
利于实现机械化和自动化。此外，
水煤浆技术对煤的质量要求可以顶空瓶
放宽，因此降低了燃料费用。
２． 研究开发高效还原炉和
新型还原罐结构
皮江法炼镁还原反应的温度
应在１ ２００℃左右，目前的还原罐，
由于传热关系，理论还原时间应
在５小时以下。实际生产中还原周
期一般１２小时，甚至更长。实际
生产还原周期包括有效还原时间
约６小时，由温度波动引起的无效
还原时间约１小时，装、出罐时间
约２小时和升温时间约３小时。通
继电器控制模块常，在保证相同单罐出镁率的条
件下，还原过程的吨镁燃料消耗
与生产还原周期成正比。为缩短
实际生产还原周期，研究开发高
效还原炉和结构合理的新型还原
罐十分必要。主要是研究开发以
使用水煤浆为燃料的高效直燃式
还原炉，保证炉内温度分布均匀、
升温快、热效率高；改进还原炉中
还原罐排布，采用密置还原罐排
铝合金切削液配方信用卡催收系统布，充分利用有效能量，提高单炉
镁产量；优化工艺参数，获得最佳
的反应效率烟气能量再利用，降
低排烟热损失；改进还原罐结构，
加速还原罐内的传热性能，缩短
还原时间。实验表明，以上措施可
以缩短还原时间３０％以上。此外，
改变装出罐程序，减少同时装出
罐的支数以及提高装出罐的自动
化程度，也可大幅度缩短装出罐
时间。
３． 系统能量的分级利用
根据镁冶金过程和企业的热
能需要，可将皮江法炼镁系统的
热能进行分级利用。即将还原炉
排出的烟气直接用于发电，将电
用于工厂生产；下一等级的热能
可用于精炼工序，同时用来推动
射流真空泵产生真空供还原工艺
使用；烟气经过换热器产生热空
气供水煤浆燃烧使用；低品位的
热能用于生产制备蒸压加气混凝
土砌块。从而达到能源的分级利
用，如以上的环节都实现，系统的
综合能源利用率可由目前的１０％
以下提高到４０％以上。
４． 资源的综合利用
皮江法炼镁过程中充分利用
资源十分重要。在皮江法炼镁系
统工程中，可以实现如下措施：还
原炉排出烟气所发的电可用于生
产过程和还原罐生产；煤渣、炉渣
和余热蒸汽可用于生产建筑材料
不锈钢酸洗
和耐火材料；生产中的废水可用
于制造水煤浆；白云石在分解过
程中产生的大量二氧化碳气体可
以制备纯碱。
对年产１万吨原镁企业的研究
分析表明：还原炉所排出的烟气
可供一套３ ０００ｋＶＡ的发电机组；
而发电机组可满足１万吨原镁企
业全部生产、后勤以及制造全部
生产所用还原罐的用电；排出的
煤渣、炉渣可生产３０万立方米砌
块砖；回收废气可生产８万吨纯碱
及其他产品。
５． 实现生产过程的机械化
及自动化
缩短装、出料时间，就能缩短
生产周期，就能减少能耗，提高经
济效益和社会效益。目前，装、出
料时间在２小时，对装、出料进行
机械化及自动化控制，可以将装、
出料时间缩短到半小时。采取顺
序出镁可实现出镁过程准连续化，
减少炉温的波动，提高还原炉的
使用效率。燃烧过程的机械化可
提高生产过程的稳定性，为实现
生产过程的自动化监测和控制提
供基础条件。
四、结束语
随着我国皮江法炼镁产业的
高速发展，提高能源和资源的综
合利用率，降低环境污染，全面提
高各项经济技术指标，保持皮江
法炼镁的长期市场生命力，已经
成为我们面临的一项重要而紧迫
的任务。对皮江法炼镁能源和资
源系统工程的研究以及新工艺、
新技术和新装备的开发应用为我弯头制作
国皮江法炼镁产业实现循环经济
提供了技术支持和发展途径。只
有坚持走发展循环经济的道路，
才能保证我国皮江法炼镁产业的
可持续发展，才能使我国皮江法
炼镁产业实现升级换代，使我国
由现在的金属镁生产大国逐步成
为金属镁生产强国。
（参考文献略）
NON-FERROUS METALS RECYCLING AND UTILIZATION,2005-12
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议